Steam Turbine
충동 터빈(Impulse Turbine)
충동터빈은 증기가 노즐에서만 팽창 하여 압력은 낮아지고 속도는 증가되며, 회전날개에서는 압력은 일정하고(팽창하지 않는다.) 속도는 감소된다.
속도가 증가된 증기를 축에 설치된 회전날개에서 충돌시켜 회전력으로 변환 시킨다.
• 충동 터빈의 특징은 다음과 같다.
단면이 좌우대칭인 회전날개를사용한다
- 회전날개 전, 후의 압력차가 없어 축추력이 발생하
지 않는다.
- 저부하(Low Load)시 노즐 조속이 가능하므로 교축 손실이 적다.
실제 사용중인 충동 터빈의 경우에도 저압단 회전날개에 서 증기를 팽창하여 반동력을 이용하고 있으며, 터빈 전체 에 있어서 충동작용과 반동작용을 비교하여 충동작용이 큰 경우를 충동 터빈이라 한다.
단식 터빈(Single Stage Turbine)
하나의 노즐과 하나의 회전날개 열(Row)로 구성된다.
노즐에서 증기는 팽창되어 최종압력 까지 감소되고 속도는 증가되며, 회전날개에서 압력변화 없이 속도만 감소되어 회전력으로 변환되는 것으로 드라 발(De Laval)터빈이라 한다.
단식 터빈은 증기의 열에너지를 한 단(Stage)에서 전부 회전력으로 변환시키므로 고속(10,000~30,000RPM)이 되어 감속장치가 필요하다. 효율이 낮아 발전용으로는 사 용하지 않으며 소용량 터빈에만 사용한다.
속도복식 터빈(Velocity Compound Turbine)
단식 터빈을 개량한 것으로 커티스(Curtis)터빈이라 한다.
1열의 노즐과 2열 또는 3열의 회전날 개로 구성된다.
노즐에서 분출된 고속의 증기는 제 1단 회전날개에서 일 을 한 후 고정날개에서 압력 및 속도 변화 없이 방향만 변 화시켜 제 2단 회전날개로 보내어 속도에너지를 흡수하므 로 로터의 회전력을 잃게 된다.
속도복식 터빈은 증기의 속도에너지를 몇 번에 나누어 이 용할 수 있으나, 회전 날개 열의 수가 많아지면 고정날개( Fixed Blade)에서 마찰 등의 손실이 커지므로 3열 이상의 회전날개는 사용하지 않는다.
따라서 단독으로 소형 터빈에 사용되기도 하지만 고속의 증기를 효율적으로 이용할 수 있으므로 대용량 터빈의 첫 단에 많이 사용한다.
압력복식 터빈(Pressure Compound Turbine)
단식 터빈을 여러개 겹쳐 구성한 것으로 라토우(Rateau)
또는 졸리(Zoelly)터빈이라 한다.
증기는 제1단 노즐에서 일부 팽창하 여 1단 회전날개를 돌리고, 다시 제2단, 3단으로 각 단 마 다 동일한 작용을 반복한다.
각 단의 압력이 다르므로 각 단사이에 다이아프램(Diaphr agm)이 필요하다.
압력복식 터빈은 증기를 각 단에서 조금씩 팽창시켜 매우 낮은 압력까지 증기를 유효하게 이용할 수 있으므로 효율 이 좋고 속도가 실제사용에 필요한 속도로 할 수 있으므로 대용량 터빈에 널리 사용한다.
반동 터빈(Reaction Turbine)
증기가 회전날개에서 팽창할 때 반동 력을 이용한 것으로 증기가 고정날개 및 회전날개 모두에 서 팽창되어 충동력과 반동력으로 회전한다.
고정날개에서 증기 압력은 감소되고, 속도는 증가되어 충동력으로 회전날개를 돌리며, 동시에 회전날개에서도 압력에너지가 속도에너지로 변화되면서 발생하는 반동력이 회전날개를 돌린다.
순수한 반동 터빈은 증기의 팽창이 회전날개에서만 발생 하지만, 일반적인 터빈은 고정날개에서도 발생하므로 반 동도(Reaction Ratio)를 계산하여 충동 또는 반동 터빈으 로 구분한다.
반동도 = 회전날개에서의 단열 열낙차 / 한 단락에서의 단열 열낙차
윗 식에서 반동도가 0.5 이상인 경우를 반동 터빈이라 한 다.
반동 터빈의 특징은 다음과 같다.
단면이 비대칭형인 회전날개를 사 용한다.
- 회전날개 전, 후의 압력차에 의하여 추력(Thrust)이 발 생하므로 터빈을 대칭형(Oppose d Flow) 배치, 복류형(Double Flow) 터빈, 추력 베어링 등을 설치하여 추력을 방지 한다.
- 노즐 조속이 불가능하며, 고압터빈 첫 단에서 항상 전주 분사가 되어야 한다.
- 회전날개 전, 후의 압력차로 축방향 누설이 많이 발생한 다.
- 각 단(Stage)에서의 열낙차가 적어 증기 속도 및 마찰 손실이 적다.
축류 반동 터빈(Axial Flow Turbine)
증기흐름 방향이 축과 평행한 형식으로 퍼어슨(Parson)
터빈이라 한다.
가장 실용적인 반동 터빈으로서, 노즐과 회전날개의 단면 이 동일하므로 충동작용과 반동작용이 절반씩 발생하여 반동도가 0.5이다.
반경류 반동 터빈(Radial Flow Turbine)
증기가 중앙에서 반경방향(Radial Di rection)으로 팽창하면서 날개에 반동을 주어 회전시키는 터빈으로 융스트롬(Ljungstrom)터빈이라 한다.
고정 날개가 없고 하나씩 건너 반대방향으로 회전하는 상 대편의 회전날개가 고정날개 역할을 하므로 반동도가 1이 되며 2대의 발전기가 필요하며, 과거 소형 터빈에 사용되 었다.
혼식 터빈(Combination Turbine)
충동 및 반동터빈의 특징을 살려 앞 에서 설명한 2종류 또는 3종류의 터빈을 조합한 것으로 최근의 발전용 터빈은 이 형식에 속한다 터빈의 고압부분은 증기의 부피가 적으므로 반동식을 사 용할 경우 중기 손실이 증가하여 불리하므로 충동터빈을 사용하여 열낙차를 많이 이용한다 저압 부분에서는 반동터빈을 사용하여 증기를 충분히 팽 창시켜 터빈 전체의 열효율을 향상시킨다.
터빈을 분류할 때 엄격한 의미의 충동터빈, 반동터빈은 없 으며 반동도가 0.5미만을 충동 터빈, 0.5이상인 것은 반 동 터빈으로 분류한다.